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        論基于軟件無線電的通信系統(tǒng)

        2013-03-27 21:16:50云南省無線電監(jiān)測(cè)中心
        電子世界 2013年2期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)信息系統(tǒng)

        云南省無線電監(jiān)測(cè)中心 李 玲

        在經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)力水平不斷提升的前提之下,人類的通信需求也越來越旺盛,現(xiàn)代通信對(duì)安全性以及及時(shí)性要求越來越高,嶄新的通信要求呼喚新的通信方式的誕生,軟件無線電依托數(shù)字化和模塊化具有極強(qiáng)的可編程性,被譽(yù)為信息領(lǐng)域的第三次變革,以靈活開放的運(yùn)用方式成為通信行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

        一、軟件無線電系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹

        近二十年來世界范圍內(nèi)對(duì)軟件無線電技術(shù)的研究越來越深刻,得到了通信行業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可,軟件無線電系統(tǒng)依托于硬件系統(tǒng),以相關(guān)的編程軟件為手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,可以實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換,達(dá)到全頻段信息覆蓋的目的。近幾年軟件無線電技術(shù)更加迅猛,在無線移動(dòng)通信普及程度越來越廣的前提下,依托于軟件無線電技術(shù)建立新的通信體制成為可能,在更新通信方法時(shí),無須對(duì)原有的硬件設(shè)備進(jìn)行變更,可以根據(jù)使用需要在DSP部分加載不同的軟件,即可完成系統(tǒng)的升級(jí),使用戶獲得更高性能的通信業(yè)務(wù)。

        軟件無線電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電源和天線,完成變頻任務(wù)的射頻前端,完成信息轉(zhuǎn)換的A/D/A轉(zhuǎn)換器,以及數(shù)據(jù)的處理器和存儲(chǔ)器。軟件無線電系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí),覆蓋多頻段的天線對(duì)附近的能量進(jìn)行智能分析,自動(dòng)調(diào)整指向并接收信息,然后將信息傳送到射頻部分;射頻部分在接收到模擬信號(hào)之后進(jìn)行變頻處理,將信號(hào)傳遞到中頻進(jìn)行數(shù)字化的處理;在軟件處理DSP部分,對(duì)寬帶的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成和解調(diào),編程后進(jìn)行解碼和譯碼最后輸出信號(hào)。

        二、軟件無線電應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)

        理想的軟件無線電系統(tǒng)可以有效減少模擬處理的環(huán)節(jié),接收端的天線在接受信號(hào)之后,通過調(diào)制和變頻程序即可進(jìn)行編碼,整個(gè)通信過程使用與無線電工程中的任何領(lǐng)域,具有廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),相比于其他類型的無線電通信技術(shù),應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的軟件無線電具有以下顯著的優(yōu)勢(shì):

        (一)實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的功能模塊化

        功能模塊化是軟件無線電技術(shù)的設(shè)計(jì)理念,對(duì)通信系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行系統(tǒng)化的模塊設(shè)計(jì),可以方便對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)進(jìn)行管理,應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的整個(gè)通信系統(tǒng)硬件平臺(tái)實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),并且遵循開放性的設(shè)計(jì)原則,在需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或者性能提升時(shí),可以通過單獨(dú)模塊的更換實(shí)現(xiàn),減輕了通信人員的工作壓力,也降低了通信系統(tǒng)建設(shè)的投資。

        (二)有利于通信系統(tǒng)的靈活重構(gòu)

        軟件無線電技術(shù)是全面數(shù)字化的系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的工作重點(diǎn)是以數(shù)字化的處理方式對(duì)天線周圍多頻段的信息進(jìn)行處理,軟件化的功能增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的靈活性。在通信技術(shù)日新月異的當(dāng)今時(shí)代,通信技術(shù)和通信設(shè)備在不斷更新,軟件無線電系統(tǒng)的寬頻處理方式依托于原有的硬件設(shè)備,具有極強(qiáng)的兼容性,以功能性的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的編程,有助于通信系統(tǒng)的靈活重構(gòu)。

        三、在通信系統(tǒng)中應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的幾個(gè)核心技術(shù)

        目前在通信系統(tǒng)中成功應(yīng)用軟件無線電技術(shù)的例子大多數(shù)是軍事方面,總結(jié)使用過程中的成功經(jīng)驗(yàn)可以有助于軟件無線電技術(shù)的推廣,使軟件無線電技術(shù)在民用通信行業(yè)中也發(fā)揮出應(yīng)有的作用,在目前GSM和WCDMA網(wǎng)絡(luò)并行的通信時(shí)代,以現(xiàn)有硬件為基礎(chǔ)借助軟件的編程作用實(shí)現(xiàn)頻譜之間的兼容,具有廣闊的應(yīng)用前景。

        (一)覆蓋多頻段的天線技術(shù)

        軟件無線電技術(shù)以天線完成對(duì)信號(hào)的收集,因此對(duì)天線的安裝要求比較高,天線需要全面覆蓋周圍的信息通信區(qū)域,具有比較大的信息接受范圍,從天線頻段上來說,要求天線的覆蓋頻段為2-2000MHz,實(shí)際上,就目前的技術(shù)水平,無法研究出這種全頻段的天線,因此在實(shí)際應(yīng)用中軟件無線電系統(tǒng)所采用的天線只需覆蓋關(guān)鍵的頻段窗口,采用組合式的多頻段方式即可完成使用要求。

        (二)提升寬帶的模/數(shù)性能

        決定寬帶模/數(shù)性能的主要因素是對(duì)信息進(jìn)行采樣的速率,以及采樣的位數(shù),采樣的速率由信號(hào)的帶寬決定,采樣的位數(shù)則需要滿足信號(hào)動(dòng)態(tài)變化過程中的精度要求,目前使用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器不能同時(shí)滿足速率和采樣位數(shù)的要求,在進(jìn)行信息采集時(shí),可以通過多個(gè)采樣電路串聯(lián)的方式,將量化的采樣速度降低,從而實(shí)現(xiàn)提高采樣分辨率的目的。

        (三)完成降噪任務(wù)的射頻前端

        在信號(hào)采集之后,并不能直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,需要以射頻前端對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,包括噪聲的處理,以濾波和混頻為手段,對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益控制,增大信號(hào)的輸出功率,射頻前段需要有比較高的工作頻率和工作帶寬,該模塊在信號(hào)格式上應(yīng)該與后續(xù)的A/D/A模塊匹配,以順利完成后續(xù)的數(shù)字化處理任務(wù)。

        (四)實(shí)現(xiàn)中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換的A/D/A轉(zhuǎn)換器

        中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)由A/D/A轉(zhuǎn)換器完成,在模/數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中,要求整個(gè)系統(tǒng)能夠高速完成信號(hào)的處理任務(wù),以高采樣率以及高帶寬基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)信號(hào)的動(dòng)態(tài)調(diào)制,有效降低信號(hào)的信噪比。轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)的處理之后,將把信息以帶代碼的形式傳送到DSP處理器中,為信息的編程提供基礎(chǔ)。

        (五)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的DSP處理器

        高速的DSP芯片是軟件無線電通信技術(shù)的核心,是針對(duì)通信過程中不同頻段的信息進(jìn)行處理的部件,通過離散時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)算方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,從可選擇的業(yè)務(wù)波段中選擇一個(gè)合適的波段,建立中等帶寬的用戶通信渠道,并將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換到該通道上,最終完成通信任務(wù)。

        四、軟件無線電技術(shù)的發(fā)展前景

        在對(duì)軟件無線電技術(shù)進(jìn)行研究的過程中,對(duì)SDR功能呢個(gè)的擴(kuò)展研究發(fā)現(xiàn),可以對(duì)天線周圍的電磁環(huán)境進(jìn)行感知,以無線電語(yǔ)言和通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)只能交流,并對(duì)交流的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的傳輸,使通信系統(tǒng)中的無線電參數(shù)與環(huán)境參數(shù)高度匹配,實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)可靠性的有效提升,以及對(duì)頻譜帶寬的有效利用,這就是認(rèn)知無線電技術(shù)(CR)。

        區(qū)別于SDR強(qiáng)調(diào)以軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行編程的形式,CR注重?zé)o線電系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的感知,并根據(jù)對(duì)環(huán)境的感知進(jìn)行工作狀態(tài)的微調(diào),以目標(biāo)推理和高層規(guī)劃為基礎(chǔ)展開通信業(yè)務(wù)方式,也使CR被稱為智能無線電。CR技術(shù)被認(rèn)為是通信行業(yè)中無線通信技術(shù)的“下一件大事”,目前也已經(jīng)受到了廣大研究者的普遍關(guān)注,但是技術(shù)上尚存在一定的欠缺,如頻譜以及路由器的選擇技術(shù),以及提高頻譜利用率的有效方式等。

        五、結(jié)語(yǔ)

        軟件無線電具有極強(qiáng)的開放性,符合未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),是現(xiàn)代的通信技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,相比于傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性,無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。軟件無線電的發(fā)展客觀上帶動(dòng)著認(rèn)知無線電技術(shù)的進(jìn)步,認(rèn)知無線電技術(shù)尚存在不少的缺陷,相關(guān)的研究人員應(yīng)該積極努力,為未來的無線通信技術(shù)注入了新的活力。

        [1]杜飛.軟件無線電技術(shù)及其在軍事通信中的應(yīng)用[J].信息通信,2009(01).

        [2]陶玉柱,胡建旺,崔佩璋.軟件無線電技術(shù)綜述[J].通信技術(shù),2011(01).

        [3]白敏丹.從軟件無線電到認(rèn)知無線電的無線通信發(fā)展現(xiàn)狀[J].信息通信,2010(01).

        [4]宮憲峰.論基于軟件無線電的通信系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息,2012(12).

        [5]鄒建宏.論基于軟件無線電的通信系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012(01).

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